Actuador electrohidráulico

Los actuadores electrohidráulicos ( EHA ) reemplazan los sistemas hidráulicos con actuadores autónomos que funcionan exclusivamente con energía eléctrica . Los EHA eliminan la necesidad de bombas y tuberías hidráulicas independientes , ya que incluyen su propia bomba, ^{[ 1 ]} simplificando las arquitecturas del sistema y mejorando la seguridad y la fiabilidad. Esta tecnología se desarrolló originalmente para la industria aeroespacial, pero desde entonces se ha extendido a muchas otras industrias donde se utiliza comúnmente la energía hidráulica.

Originalmente, los aviones se controlaban mediante pequeñas superficies aerodinámicas accionadas por cables, conectadas a palancas que amplificaban la acción del piloto, aprovechando la ventaja mecánica . A medida que los aviones aumentaron de tamaño y rendimiento, las fuerzas aerodinámicas sobre estas superficies crecieron hasta el punto de que el piloto ya no podía controlarlas manualmente en un amplio rango de velocidades. Los controles con suficiente ventaja para controlar el avión a alta velocidad dejaban al avión con un control excesivo a velocidades más bajas, cuando las fuerzas aerodinámicas se reducían. Numerosos aviones en las primeras etapas de la Segunda Guerra Mundial sufrieron estos problemas, en particular el Mitsubishi Zero y el P-38 Lightning .

A partir de la década de 1940, se introdujeron sistemas hidráulicos para solucionar estos problemas. En sus primeras versiones, las bombas hidráulicas acopladas a los motores suministraban aceite a alta presión a través de tubos a las distintas superficies de control. En este caso, se acoplaban pequeñas válvulas a los cables de control originales, regulando el flujo de aceite hacia un actuador asociado conectado a la superficie de control. Una de las primeras aplicaciones de un sistema de asistencia hidráulica fue en los alerones de los modelos P-38L de finales de la guerra, eliminando la necesidad de una gran fuerza humana para lograr una mayor velocidad de alabeo. ^{[ 2 ]}

Los sistemas evolucionaron, reemplazando los enlaces mecánicos a las válvulas con controles eléctricos, dando lugar al diseño " fly-by-wire " ^{[ 3 ]} y, más recientemente, a sistemas de redes ópticas denominados " fly-by-light ". Todos estos sistemas requieren tres componentes separados: el sistema de suministro hidráulico, las válvulas y la red de control asociada, y los actuadores. Dado que cualquiera de estos sistemas podría fallar y dejar la aeronave inoperable, se necesitan redundancias que aumentan considerablemente la complejidad del sistema. Además, mantener la presión del aceite hidráulico supone un consumo constante de energía.

Algunos de los primeros usos fueron en el bombardero Avro Vulcan y el avión de pasajeros Vickers VC10, conocidos como Unidades de Control de Vuelo Potenciadas. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

El principal avance que propició la posibilidad de los EHA fue el motor convencional con control de retroalimentación de precisión, o motor paso a paso de alta potencia . ^{[ 7 ]} Los motores paso a paso están diseñados para moverse a través de un ángulo fijo con cada pulso de corriente y hacerlo repetidamente con extrema precisión. Ambos tipos de accionamientos de motor se han utilizado durante años, alimentando los controles de plataformas de control de movimiento y máquinas herramienta de control numérico, por ejemplo.

En un sistema EHA, se utilizan versiones de alta potencia de estos motores para accionar una bomba reversible, la cual está conectada a un cilindro hidráulico. La bomba presuriza un fluido de trabajo, generalmente aceite hidráulico, aumentando directamente la presión en el cilindro y provocando su movimiento. Todo el sistema, compuesto por la bomba, el cilindro y un depósito de fluido hidráulico, está integrado en una única unidad autónoma.

En lugar de que la energía necesaria para mover los controles sea suministrada por un sistema hidráulico externo, se suministra a través de cableado eléctrico convencional, aunque de mayor calibre que el que se encontraría en un sistema fly-by-wire. La velocidad del movimiento se controla mediante modulación por impulsos codificados . El resultado es un sistema de "alimentación por cable", donde tanto el control como la energía se transmiten a través de un único conjunto de cables. ^{[ 8 ]}

La redundancia se puede lograr utilizando dos unidades de este tipo por superficie y dos conjuntos de cables eléctricos. Esto es mucho más sencillo que los sistemas correspondientes que utilizan un suministro hidráulico externo. Además, el EHA tiene la ventaja de que solo consume energía cuando se mueve; la presión se mantiene internamente cuando el motor se detiene. Esto puede reducir el consumo de energía en la aeronave al eliminar el consumo constante de las bombas hidráulicas. Los EHA también reducen el peso, permiten una mejor aerodinámica debido a la reducción del recorrido interno de las tuberías y disminuyen el peso total del sistema de control. ^{[ 9 ]}

• Actuación electrohidrostática , Young y Franklin
• Actuación electrohidrostática , Parker